论文部分内容阅读
用户需求的强力推动和无线通信技术的迅速发展使现代个人数字终端集成了电话、数据服务、个人局域网、定位导航、蓝牙、视频电视等诸多功能。作为无线接收设备的最前沿,低成本、高性能的多频段、多标准兼容的接收机是实现现代个人数字终端的重要基础。与传统单标准接收机相比,多频段、多标准接收机在可配置性、抗干扰能力等方面提出更高的要求。 本文分析了多频段、多标准兼容接收机的远端干扰抑制能力(主要指谐波抑制比,尤其是三阶谐波抑制比)与近端干扰抑制能力(主要指RF滤波能力)。在此基础上,实现了多标准兼容的接收机,并提出了提高谐波抑制比和频率选择性的可重构射频前端电路技术。论文首先以支持VHF和UHF双频段、多标准兼容的数字电视调谐器为例,设计并实现了0.1-0.9GHz的宽带射频接收机。然后,针对3GHz以下的可重构射频前端,提出了提高RF频率选择性的电路技术。论文的主要工作和创新点包括: 第一,基于65nmCMOS工艺,设计并实现了一款0.1-0.9GHz的低功耗低成本数字电视调谐器。 1)提出了无源滤波器与噪声消除的LNA协同设计的前端方案。无源滤波器的电压增益有助于降低前端的NF;阻抗变换效应可大幅度降低功耗;滤波特性使前端具备更好的谐波抑制能力。该LNA的NF低于1.7dB,谐波抑制能力达到19dB,核心功耗小于3.5mW。 2)实现了具备高线性度的基于跨导-开关-跨阻放大器结构的无源混频器。基于差分加和输出级,提出了一种运算放大器结构,增加了运放增益并拓展带宽,降低了跨阻放大器的输入阻抗。混频器引入1∶2电阻分压的衰减网络,使前端最大可接收的信号能量超过+10dBm。 3)结合模拟基带和锁相环,实现了一款兼容主流标准、可工作在VHF与UHF频段的调谐器。整个芯片不需要片外Balun和谐波抑制混频器。测试结果表明,NF为2-3.5dB,功耗为72mW,三阶谐波抑制比为33dB,最大可接收信号能量高达+10dBm。与主流芯片相比,本调谐器的性能达到了领先水平。 第二,针对3GHz以下的可重构射频前端,基于阻抗变换技术,提出了提高谐波抑制比和RF滤波性能的关键技术手段。 1)提出了0.5-2GHz频段、适用于可重构射频前端的ChopperRF前端。所以提出的Chopper技术中,开关串联在电路中,从而以较小的开关尺寸即可实现超过40dB的近端抑制能力,并将时钟驱动功耗降低到10mA。同时,Chopper技术还可解决传统Mixer-first技术中的1/f噪声问题。 2)提出了3GHz以下、适用于可重构射频前端的三相阻抗变换滤波器和60°相移的谐波抑制混频器。提出的三相阻抗变换滤波器可提供40dB三阶谐波抑制比。60°相移的谐波抑制混频器中,三路叠加比例系数为1∶2∶1,而在传统45°相移的谐波抑制混频器中,该比例系数为1∶√2∶1。本文提出的叠加系数为有理数比例,版图可作共质心布局,从而减轻硅基实现时的失配。当存在6%的时钟占空比误差、0.5°相位误差和2%增益误差时,前端的三阶谐波抑制能力超过80dB,超过了传统谐波抑制混频器经数字校准后的水平。